JP5219351B2 - プレス成形用金型およびポジチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、上面と側面が鋭角をなす成形体を作製するためのプレス成形用金型およびそれを用いたポジチップの製造方法に関する。

従来より、ミリング、フライス加工、高い寸法精度を要する旋削加工において、切刃の切れ味を高めるためにスローアウェイチップの逃げ面に角度を付け、切刃をより鋭角にしたポジチップが用いられている。

かかるポジチップを製造する際の成形には金型を用いたプレス成形が用いられているが、ダイス内にて加圧された成形体の形状が加圧した直後にスプリングバックで膨張してしまい、その後で成形体をダイス内から抜き取る際に成形体の上面側側端部がダイスの内壁面に干渉して引きずられることになり、切刃をなす上面側側端部が潰れてしまいシャープな切刃が得られないという問題があった。

この問題に対して、例えば特許文献１では、外周に隙間を有する案内部を上側パンチの先端に設けることによって、上側パンチがダイスに干渉して欠けたり損傷することを防止でき、かつチップの切刃上部にバリが発生することを防止できることが記載されている。また、特許文献２では、上パンチを内外の２層構成にして外側上パンチの先に抜いた後、時間差で内側上パンチを抜くことにより、成形体のスプリングバックの発生を抑制できるとともに切刃がダイスの内壁面に干渉することを防止できることが記載されている。さらに、本出願人は特許文献３にて、ダイスの内壁面を成形体上面位置から上側に向かって幅が広がるようなテーパ面とすることによって、成形後のチップを取り出す際に切刃がダイスの内壁面に干渉した状態となることなく、切刃直下の上面側側面端部にダイス内壁面に擦られて形成されるストレート部（擦れ摩耗部）の発生を防止することができることを提案した。
特開平０４−３０５３９９号公報 特開２０００−１４４２１１号公報 特開２００６−１８１６５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるように外周に隙間を有する案内部を上側パンチの先端に設ける方法では、下パンチを上昇させて加圧後の成形体をダイスの上部に押し上げて取り出す際にチップの切刃がダイスの内壁面に干渉して切刃が摩耗してしまい、逃げ面の切刃直下に擦れ摩耗部が形成されることを防止できなかった。また、特許文献２の方法では、成形作業が複雑になるとともに、内側上パンチと外側上パンチ間に原料粉末が噛み込んだり、内側上パンチと外側上パンチの先端が早期に摩耗してバリが立ちやすくなる可能性があった。さらに、特許文献３の方法では、ポジチップ等の成形体形状が複雑な形状となる場合には金型の加工寸法精度が悪くなることがあり、このような寸法精度の悪い金型を用いると成形体の上面外周端部にバリが発生してしまうことがあった。

したがって、本発明の目的は、プレス成形時の成形体のスプリングバックによって発生する成形体の上面側側面端部と金型のダイス内壁面との干渉による上面側側面端部の擦れ摩耗を抑制できるとともに、成形体上面側側面端部に発生するバリによる悪影響も小さくできて、成形体の上面側側面端部の形状をシャープなエッジとすることができ、特に、優れた切れ味を持ち、高い加工精度を有するポジチップを高精度で作製可能なプレス成形用金型およびこれを用いたポジチップの製造方法を提供することである。

上記目的に対し、本発明のプレス成形用金型は、内側に上面から下面に貫通する空洞を有するダイスと、前記空洞内に上面および下面から嵌め込まれる上パンチおよび下パンチとからなるプレス成形用金型であって、前記ダイスの空洞が、下パンチ挿入部と、該下パンチ挿入部から上方に向かって幅が広がる成形体部と、該成形体部の直上に位置するストレート部と、該ストレート部の直上に位置して該ストレート部よりも幅が広い逃がし部とを具備し、成形時における、前記下パンチの上死点が、下パンチ挿入部と前記成形体部との境界であり、前記上パンチの下死点が、前記成形体部と前記ストレート部との境界であり、前記成形体部の高さをｔ_１、前記ストレート部の高さをｔ_２としたとき、その比ｔ_２／ｔ_１が＝０．０３〜０．３５であることを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記空洞の前記成形体部の上面位置での最大長さをｄ、前記逃がし部の前記ストレート部から広がった幅をｗとしたとき、ｗ／ｄ＝０．００１〜０．２であること特徴とする。

また、上記構成において、前記逃がし部の前記ストレート部に続く部分の幅が漸次広がっていることを特徴とする。

さらに、前記成形体がポジチップとなる成形体であり、上面がすくい面、下面が座面、側面が逃げ面となり、前記上面と前記側面との交差稜線部が切刃となることを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記ポジチップの成形体における前記切刃となる部分の高さが変化していることを特徴とする。

さらに、本発明のポジチップの製造方法は、上記プレス成形用金型の前記空洞内に原料粉末を充填し、前記下パンチと、前記成形体部と前記ストレート部との境界まで押し込んだ上パンチとで加圧することにより前記ポジチップの成形体を作製し、該前記ポジチップの成形体を焼成することを特徴とする。

上記本発明のプレス成形用金型によれば、ダイスの空洞が、下パンチ挿入部と、該下パンチ挿入部から上方に向かって幅が広がる成形体部と、該成形体部の直上に位置するストレート部と、該ストレート部の直上に位置して該ストレート部よりも幅が広い逃がし部とを順に具備し、成形時における、前記下パンチの上死点が、下パンチ挿入部と前記成形体部との境界であり、前記上パンチの下死点が、前記成形体部と前記ストレート部との境界であり、前記成形体部の高さをｔ _１ 、前記ストレート部の高さをｔ _２ としたとき、その比ｔ _２ ／ｔ _１ が０．０３〜０．３５であることにより、成形体をダイスから取り出す際にストレート部の長さ分だけしか成形体の上面側側面端部が干渉しないので、成形体の上面側側面端部の形状が潰れることが少ないため、擦れ摩耗部がほとんど形成されない。また、一対のパンチで加圧する際に成形体部の上面から上横部に押し出された粉末は、通常上パンチとダイスとの間に挟まれてバリを生じさせてしまうが、本発明によれば、この押し出された粉末が逃がし部に抜けてゆくので発生するバリを極薄くかつ低密度なものとすることができ、成形後にエアを吹き付けるようなわずかな力で容易にバリ取りをすることができる。その結果、成形体の上面側側面端部を鋭利なエッジとすることができる。

ここで、前記空洞の前記成形体上面位置での最大長さをｄ、前記逃がし部の前記ストレート部から広がった幅をｗとしたとき、ｗ／ｄ＝０．００１〜０．２であることによって、成形体の上面側側面端部に発生するバリを容易に削除することができ、上面側側面端部に欠けが発生したり、バリ取りによって上面側側面端部のシャープなエッジが潰れてしまうことを防止できる。

また、上記構成において、前記逃がし部の前記ストレート部に続く部分の幅が漸次広がっていることが望ましい。これによって、成形後に前記逃がし部と前記ストレート部との間に原料粉末が残存してしまうことなく、続けて成形してもこの粉末が堆積して成形体の上面外周部にバリが立つことを抑制できる。

さらに、上記構成のプレス成形用金型を用いてポジチップとなる成形体を成形することにより、ポジチップ成形体の切刃をシャープなエッジとすることができ、切れ味がよくて切削抵抗が小さい切削が可能なスローアウェイチップを形成することができる。

ここで、上記構成において、前記切刃の高さが変化している形状のような複雑な形状であって金型加工の精度が低下しやすいポジチップの成形体形状であっても、エッジが潰れたり、バリが発生することなく良好な成形体を作製することができる。

本発明のプレス成形用金型について、その一実施例を示す図１および図１２を基に説明する。図１（ａ）はダイスの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図２は図１のプレス成形用金型を用いてプレス成形する工程を示す模式図である。

図１によれば、プレス成形用金型１は、ダイス２と上パンチ３および下パンチ４の一対のパンチとで構成されている。ダイス２は内側に上面から下面に貫通する空洞６を有し、上パンチ３および下パンチ４の一対のパンチは空洞６内に上面および下面からそれぞれ挿入されて嵌め込まれる形状からなる。

本発明によれば、プレス成形用金型１のダイス２の空洞６が、下パンチ挿入部１１と、下パンチ挿入部１１から上方に向かって幅が広がる成形体部８と、成形体部８の直上に位置するストレート部９と、ストレート部９の直上に位置してストレート部９よりも幅が広い逃がし部１０とを具備してなり、成形時における、下パンチ４の上死点が、下パンチ挿入部１１と成形体部８との境界であり、上パンチ３の下死点が、成形体部８とストレート部９との境界であり、成形体部８の高さをｔ_１、ストレート部９の高さをｔ_２としたとき、その比ｔ_２／ｔ_１が０．０３〜０．３５である。これによって、得られる成形体７は上面と側面が鋭角をなす形状となる。なお、本発明において、成形体部８の高さおよびストレート部の高さが一様でなく場所によって変動する場合には、成形体部８の厚みｔ_１およびストレート部９の高さｔ_２は平均値で表わす。

そして、上記構成によって、成形体７をダイス２から取り出す際にストレート部９の長さ分だけしか成形体７の上面側側面端部が干渉しないので、成形体７の上面側側面端部の形状が潰れることがない。また、上パンチ３と下パンチ４の一対のパンチで加圧する際に成形体部８から上部に押し出された粉末は、通常上パンチ３とダイス２との間に挟まれてバリを生じさせてしまうが、本発明のプレス成形用金型であれば、この押し出された粉末が逃がし部１０に抜けてゆくので発生するバリ１２を極薄くかつ低密度なものとすることができ、成形体７を作製した後にわずかな力で容易にバリ取りをすることができる。その結果、成形体７の上面側側面端部を鋭利なエッジとすることができる。なお、空洞６には成形体部８の下方に下パンチが挿入される下パンチ挿入部１１を具備している。

ここで、空洞６の成形体７の上面位置での最大長さをｄ、逃がし部１０のストレート部９から広がった幅をｗとしたとき、ｗ／ｄ＝０．００１〜０．２であることによって、成形体７の上面側側面端部に発生するバリ１２を容易に削除することができ、上面側側面端部に欠けが発生したり、バリ取りによって上面側側面端部のシャープなエッジが擦れることにより潰れることが少なく、擦れ摩耗部が大きくなることを防止できる。なお、本発明においては、上記成形体部８の上面位置での最大長さｄは図１においては対角線長さ、つまり成形体７の上面位置の最大長さを指す。したがって、空洞６の成形体７の上面位置での最大長さｄは、成形体部８の上面形状が三角形である場合にはその一辺、円である場合にはその直径となる。

また、上記構成において、逃がし部１０のストレート部９に続く幅が漸次広がった傾斜形状をなしている（図１に傾斜部２２と記載）ことが、成形後に逃がし部１０とストレート部９との間に原料粉末が残存してしまうことを抑制できる点で望ましい。そして、原料粉末の噛み込みを抑制できるとともに上パンチ３が成形体７となる原料圧粉体の上面に接触した際に押し出された一部の原料粉末が逃がし部１０に確実に移動できる点で、傾斜部２２の傾斜角度αが２０〜４５°であることが望ましい。

（ポジチップの製造方法）
上記本発明のプレス成形用金型１を用いてポジチップ１４を製造する方法について説明する。

まず、ポジチップ１４の原料粉末を所定の割合で混合しバインダを添加してボールミル等で混合、粉砕、造粒して造粒粉末を作製する。

次に、上記造粒粉末をプレス成形用金型１に充填してプレス成形法にて所定のポジチップ形状に成形する。具体的には、上記プレス成形用金型１のダイス２の空洞６に下方から下パンチ４を嵌め込んだ状態で空洞６内にポジチップ１４の原料粉末を所定量充填、ダイス２の空洞の上方から上パンチ３を挿入しダイス２の空洞内壁面における成形体部８の上端位置Ｘまで押込んで加圧する（図２（ａ）参照）。加圧成形した後、上パンチ３を上方に引き抜き、ダイス２を下方に移動させるか、または下パンチ４を上方に移動させることにより、成形体７をダイス２の空洞からダイス２の上方へ取り出すことによって成形体６を形成することができる（図２（ｂ）参照）。

上述した成形方法を用いることによって、成形体７の上面側側面端部をシャープなエッジとすることができるので、これを焼成して得られるポジチップ１４は、切刃１９の切れ味を優れたものにすることができて切削抵抗を低減できると共に加工精度を高めることができる。なお、ポジチップ１４は、例えば図３に示すように、略棒状をなして上面がすくい面１６、下面が座面１７、側面が逃げ面１８をなし、すくい面１６と逃げ面１８（図３では前逃げ面１８ａおよび横逃げ面１８ｂ）との交差稜線部が切刃１９であるとともにすくい面１６と逃げ面１８とが鋭角となるように逃げ面１８が逃げ角θを有する形状からなる。

なお、プレス成形機へ本発明のプレス成形用金型を取り付けるときには、上パンチ３を
ダイス２に挿入する際に上パンチ３とダイス２との軸を合わせる位置合わせ精度を高めることのできる組み込み部材を取り付けることが望ましい。

さらに、図３に示すように、成形されるポジチップ１４の成形体形状が、切刃１９の少なくとも一部が高さ方向に徐変した複雑な形状である場合であっても、切刃１９のエッジが潰れたり、バリが発生することなく良好な成形体を作製することができる。

また、上記実施態様においては一軸プレス成形について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、横方向からも加圧する多軸プレス成形にも適応可能である。さらに、図１においては成形体の形状が平面視で長方形形状の例について図示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、平面視正方形や菱形のような四角形、あるいは三角形等の他の多角形、さらには円形であってもよい。

そして、上記方法にてプレス成形された成形体７は、脱バインダ工程を経て、真空焼成法、加圧焼成法、ホットプレス等の公知の焼成方法にて焼成される。

その後、所望により、ポジチップ１４の表面にブラシや弾性砥石等で切刃部分に微小なＲホーニング、Ｃ面加工等の微小ホーニング処理を施してもよい。

さらに、所望により、ポジチップ１４の表面に対して、化学蒸着法、物理蒸着法等の成膜法にて、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種または２種以上の元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、またはそれらの複合化合物からなる硬質膜を単層、または、２層以上の複数層を膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。

なお、上記実施態様は切削工具の一種であるポジチップの成形方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の精密部品等の製造におけるプレス成形についても用いることができるものである。

炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびＴｉＣ粉末を混合し、これにバインダとしてパラフィンを添加、造粒して平均粒径１００μｍの造粒粉末を調整した。次に、空洞形状が、表１に示す成形体部とストレート部と逃がし部とを有するとともに成形体部の形状が図３のポジチップ（ＧＭＭ５０２０−０４形状の旋削用チップ、チップの厚み（成形体部の高さ）ｔ_１＝６ｍｍ、逃げ角＝７°）を成形できる形状のダイスとこれに嵌め込まれる一対のパンチを準備し、この造粒粉末を用いてプレス成形しポジチップ形状の成形体を得た。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成した後、エアブラシによってバリ取り加工を施しポジチップを作製した。

得られたポジチップの切刃部を投影機にて観察し、逃げ面の切刃直下に擦れ摩耗部が形成されたか否か、およびその形成幅を測定した。また、切刃にバリが残存するか否かを評価した。結果は表１に示した。

そして、このポジチップに対して、さらに物理蒸着法にてＴｉＡｌＮを膜厚３μｍ成膜して上記形状の旋削用ポジチップを作製した。得られたチップについて以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。

切削条件 突っ切り
被削材 ＳＣＭ４３５ φ１７６×４１５
切削速度 ２６０ｍ／ｍｉｎ
送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み １０．０ｍｍ
切削状態 湿式
目標寸法 φ１５６
１０分間切削試験を行った時点で切刃を確認し、切刃の欠損やチッピング等の損傷状態および 摩耗幅を測定した。結果は表１に示した。

表１の結果から明らかなとおり、ストレート部を具備していないプレス成形用金型を用いて成形した試料Ｎｏ．１では、成形体の外周にエアブラシで除去できないバリが発生しこれが原因で切刃にチッピングが発生した。また、ストレート部の高さｔ_２が成形体部の高さをｔ_１との比ｔ_２／ｔ_１で０．３５を超えるプレス成形用金型を用いて成形した試料Ｎｏ．９および逃がし部を具備していないプレス成形用金型を用いて成形した試料Ｎｏ．１０では、擦れ摩耗部の高さが高い形状となってしまい、切削時に切削抵抗が高くて耐摩耗性が低下した。

これに対して、本発明に従い、成形体部上に所定高さのストレート部と逃がし部を設けた形状のプレス成形用金型を用いて成形した試料Ｎｏ．２〜８では、いずれも擦れ摩耗部の高さおよびバリ高さとも小さく上面側側端部がシャープな成形体を形成でき、これを焼成した切削工具を用いて切削すると耐摩耗性および耐欠損性とも良好であった。

本発明のプレス成形用金型の一例を示し、（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面の要部拡大断面図である。 本発明のプレス成形用金型を用いて（ａ）成形体を加圧した状態、（ｂ）プレス成形体を取り出す状態を示す模式図である。 本発明のプレス成形用金型を用いて成形するのに好適なポジチップの一例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ プレス成形用金型
２ ダイス
３ 上パンチ
４ 下パンチ
６ 空洞
７ 成形体
８ 成形体部
９ ストレート部
１０ 逃がし部
１１ 下パンチ挿入部
１２ バリ
１４ ポジチップ
１６ すくい面
１７ 座面
１８ 逃げ面
１８ａ 前逃げ面
１８ｂ 横逃げ面
１９ 切刃
２２ 傾斜部
ｔ_１ 成形体部の高さ
ｔ_２ ストレート部の高さ
ｄ 空洞の成形体の上面位置での最大長さ
ｗ 逃がし部のストレート部から広がった幅
θ 逃げ角
α 傾斜部の傾斜角
Ｘ 成形体部の上面位置（上パンチが降りてくる最深位置）

Claims (6)

1. 内側に上面から下面に貫通する空洞を有するダイスと、前記空洞内に上面および下面からそれぞれ嵌め込まれる上パンチおよび下パンチとからなるプレス成形用金型であって、
   前記空洞が、下パンチ挿入部と、該下パンチ挿入部から上方に向かって幅が広がる成形体部と、該成形体部の直上に位置するストレート部と、該ストレート部の直上に位置して該ストレート部よりも幅が広い逃がし部とを具備し、成形時における、前記下パンチの上死点が、下パンチ挿入部と前記成形体部との境界であり、前記上パンチの下死点が、前記成形体部と前記ストレート部との境界であり、前記成形体部の高さをｔ_１、前記ストレート部の高さをｔ_２としたとき、その比ｔ_２／ｔ_１が０．０３〜０．３５であることを特徴とするプレス成形用金型。
2. 前記空洞の前記成形体部の上面位置での最大長さをｄ、前記逃がし部の前記ストレート部から広がった幅をｗとしたとき、ｗ／ｄ＝０．００１〜０．２であること特徴とする請求項１記載のプレス成形用金型。
3. 前記逃がし部の前記ストレート部に続く部分の幅が漸次広がっていることを特徴とする請求項１または２記載のプレス成形用金型。
4. 前記成形体がポジチップとなる成形体であり、上面がすくい面、下面が座面、側面が逃げ面となり、前記上面と前記側面との交差稜線部が切刃となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のプレス成形用金型。
5. 前記ポジチップの成形体における前記切刃となる部分の高さが変化していることを特徴とする請求項４記載のプレス成形用金型。
6. 請求項４または５記載のプレス成形用金型の前記空洞内に原料粉末を充填し、前記下パンチと、前記成形体部と前記ストレート部との境界まで押し込んだ上パンチとで加圧することにより前記ポジチップの成形体を作製し、該ポジチップの成形体を焼成することを特徴とするポジチップの製造方法。

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